Drie nieuwe studies door wetenschappers van de University of Maryland School of Medicine (UMSOM) hebben sleutelfactoren geïdentificeerd die microben helpen overleven in ruwe omgevingen.

De resultaten, die gevolgen hebben voor de biotechnologie en het begrijpen van het leven in extreme omstandigheden, waren in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), Astrobiologie , en de Internationaal tijdschrift voor astrobiologie .

"Ons werk speelt in op de overvloed aan genomische en transcriptomische gegevens. Genomische gegevens vertegenwoordigen wegenkaarten, en genetica, biochemie, en microbiologie zijn de voertuigen voor het verkennen en uitbreiden van kennis, " zei de hoofdauteur van de studies, Shiladitya DasSarma, professor aan het Institute of Marine and Environmental Technology in de UMSOM-afdeling Microbiology and Immunology "Met behulp van deze interdisciplinaire benadering in onze reeks recente artikelen, we hebben de grenzen aan het leven en de mechanismen die deze winterharde microben en hun eiwitten gebruiken om te overleven en te functioneren in de kou beter gedefinieerd, zout, en waterbeperkte omgevingen, zoals die op Mars bestaan. Onze studies hebben ook toepassingen in groene biotechnologie hier op aarde."

De recente PNAS artikel bouwt voort op eerdere analyse door Prof. DasSarma en verschillende collega's, die belangrijke eiwitten identificeerde in microben die worden aangetroffen in extreem zoute omgevingen. Ze onderzochten de aminozuursamenstelling van verschillende eiwitten van de microbe. De eiwitoppervlakken zijn negatief geladen in vergelijking met alle andere organismen. Deze eiwitten gebruiken de negatieve ladingen om watermoleculen stevig te binden om in oplossing te blijven en de effecten van hoge niveaus van zout en droogte te bestrijden. Ze richtten zich op een microbe genaamd H. lacusprofundi (Hla), van Diep Meer, een zeer zout meer op Antarctica.

Ze wilden weten hoe eiwitten van de microbe functioneren in de twee uitersten van zeer zoute, zeer koude omgevingen. Ze ontdekten dat bepaalde aminozuren vaker voorkwamen in de microbe. Ze concentreerden zich op één enzym, beta-galactosidase. Ze ontdekten belangrijke verschillen tussen versies van het enzym in Hla en versies in microben die in gematigde omgevingen leven. Een van de belangrijkste verschillen:lossere pakking van atomen en grotere flexibiliteit in koudwerkende enzymen.

Een andere studie, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiologie , breidt de studie uit, door de rol van enzymen te onderzoeken in het vermogen van de microbe om te overleven in de aanwezigheid van giftige zouten. Dit onderzoek heeft implicaties voor de decontaminatie van giftige omgevingen, evenals het leven op andere planeten zoals Mars, waar deze giftige zouten, in het bijzonder een die magnesiumperchloraat wordt genoemd, aan de oppervlakte zijn geïdentificeerd.

De derde studie, vorige maand gepubliceerd in de Internationaal tijdschrift voor astrobiologie , toonde aan dat Hla en andere even sterke microben trips naar de stratosfeer kunnen overleven, vele kilometers boven het aardoppervlak, waar de omstandigheden vergelijkbaar zijn met die op Mars. De stratosfeer is extreem koud, heeft weinig zuurstof en heeft hoge niveaus van schadelijke ultraviolette straling.

Deze studies kunnen ook nuttig zijn voor de biotechnologie. De aanpak in de PNAS-studie zou kunnen worden gebruikt voor het ontwerpen van waardevolle enzymen die functioneren bij lagere temperaturen. Bijvoorbeeld, gemodificeerde bèta-galactosidase kan worden gebruikt voor het maken van lactosevrije melk bij lage temperaturen, en andere enzymen kunnen worden aangepast voor andere "groene" industriële processen bij lagere temperaturen, waardoor de hoeveelheid energie die nodig is in het productieproces wordt verminderd. Perchloraat wordt gebruikt in raketbrandstof en vuurwerk en is een veel voorkomende giftige verontreiniging in sommige grondwateren. Het werk in de astrobiologie zou kunnen leiden tot een methode om het te verwijderen.